【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達

Unity URP中的景深(Depth of Field)是一種模擬真實相機光學特性的後處理效果，通過模糊近處或遠處的物體來突出焦點區域，增強畫面層次感和真實感。其發展經歷了從Built-in管線的基礎實現到URP/HDRP的物理化演進過程，早期採用高斯模糊近似，現代則引入散景(Bokeh)等更接近真實光學特性的算法。

核心作用

• ‌視覺引導‌：突出主體對象，弱化背景干擾
• ‌增強真實感‌：模擬攝影鏡頭物理特性
• ‌藝術表現‌：通過散景光斑創造氛圍

實現原理

基於深度緩衝區計算彌散圈(Circle of Confusion)，通過多Pass模糊處理非焦點區域。URP提供兩種模式：

• ‌高斯模式‌：性能優先，僅支持遠場模糊
• ‌散景模式‌：質量優先，模擬光圈葉片光學特性

Unity URP中的景深(Depth of Field)效果基於光學透鏡的物理特性模擬，其核心原理是通過計算混淆圈(Circle of Confusion, CoC)來實現虛實分層。

光學基礎原理

• ‌透鏡成像特性‌：真實相機中，只有特定距離(焦平面)的物體能清晰成像，其他距離的物體會在傳感器上形成彌散圓斑(CoC)，其直徑與光圈大小成正比。URP通過高斯模糊或散景模式模擬這一現象，前者計算效率高但物理準確性較低，後者更接近真實光學效果。

• ‌CoC計算‌：每個像素的模糊程度取決於其深度值與焦點距離的差值。計算公式為：

  CoC = |(d_l f (z - z_f)) / (z * (f + z_f))|

  其中d_l為光圈直徑，f為焦距，z為物體距離，z_f為對焦平面距離5。URP在Shader中通過深度紋理(_CameraDepthTexture)獲取每個像素的z值。

URP實現流程

• ‌預處理階段‌：生成包含CoC數據的紋理。通過比較像素深度與焦點距離，標記需要模糊的區域（近景或遠景）。示例參數包括：

  csharp
  [Range(0.1f, 100f)] public float focusDistance = 10f;// 焦點距離
  [Range(0.1f, 10f)] public float focusRange = 3f;// 清晰範圍
  [Range(1f, 10f)] public float bokehRadius = 4f;// 散景強度

• ‌模糊處理‌：根據CoC數據對非焦點區域進行分層模糊。URP提供兩種方式：

  • ‌高斯模糊‌：使用降採樣+上採樣的多Pass模糊，適合性能敏感場景
  • ‌散景模糊‌：模擬光學透鏡的虛化效果，在高亮區域生成光斑（Bokeh），需額外計算亮度閾值
• ‌合成階段‌：將模糊後的圖像與原圖按CoC權重混合。清晰區域的權重為，模糊區域根據CoC半徑插值。

示例代碼邏輯

以下為簡化版CoC計算Shader代碼片段：

hlsl
float4 Frag(Attributes input) : SV_Target {
    float depth = SampleDepthTexture(_CameraDepthTexture, input.uv);
    float linearDepth = Linear01Depth(depth);
    float coc = saturate(abs(linearDepth - _FocusDistance) / _FocusRange);
    return float4(coc, coc, coc, 1);
}

該代碼生成CoC圖，白色表示完全模糊，黑色表示完全清晰。完整實現還需結合多尺度模糊和色調映射處理。

性能優化

• ‌降採樣‌：在Half/Quarter分辨率下計算模糊，減少像素處理量
• ‌動態調整‌：根據平台性能切換高斯/散景模式，移動端建議使用高斯模糊
• ‌焦點追蹤‌：通過射線檢測動態更新focusDistance，實現自動對焦效果

完整實現流程

• URP_DepthOfFieldSetup.cs

  using UnityEngine;
  using UnityEngine.Rendering;
  using UnityEngine.Rendering.Universal;
  
  public class URP_DepthOfFieldSetup : MonoBehaviour
  {
      [SerializeField] private VolumeProfile volumeProfile;
  
      void Start()
      {
          var depthOfField = volumeProfile.Add<DepthOfField>();
          depthOfField.mode.value = DepthOfFieldMode.Bokeh;
          depthOfField.focusDistance.value = 5f;
          depthOfField.aperture.value = 5.6f;
          depthOfField.focalLength.value = 50f;
      }
  }

• DoF_Shader.shader

  Shader "Custom/DoF"
  {
      Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} }
      SubShader
      {
          Pass {
              // 深度採樣與模糊處理
          }
      }
  }

參數詳解

實際應用案例

• ‌角色特寫‌：聚焦角色面部，模糊環境
• ‌場景過渡‌：動態調整焦點實現鏡頭語言
• ‌UI突出‌：模糊遊戲界面背景

性能優化建議

• 移動端使用高斯模式
• 控制Blur Iterations≤3
• 採用DownSample降低分辨率

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